井下軌道牽引車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王 濤

（山西焦煤西山煤電杜兒坪礦， 山西 太原 030053）

引言

目前，大多數(shù)煤礦所采用的井下軌道牽引車(chē)輛都是由車(chē)頭輸出牽引力，控制軌道牽引車(chē)輛的運(yùn)行，并通過(guò)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行剎車(chē)和緊急制動(dòng)等，這些機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)主要包括閘瓦制動(dòng)、制動(dòng)操作機(jī)構(gòu)等，但這些常用的制動(dòng)方式在使用中卻普遍存在著制動(dòng)性能差、制動(dòng)時(shí)操作提前量大，一旦遇到需要緊急制動(dòng)的情況，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的制動(dòng)，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足井下緊急制動(dòng)的要求，極易導(dǎo)致出現(xiàn)人員傷亡事故[1]。同時(shí)，煤礦井下巷道內(nèi)工作環(huán)境極端惡劣、巷道內(nèi)坡度大、工況復(fù)雜，對(duì)于軌道牽引車(chē)輛的制動(dòng)提出了更高的要求，要求其不但要滿足各種情況下的制動(dòng)性能還必須具備防爆等性能。

1 新型制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)現(xiàn)有井下軌道牽引車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)充分研究之后，結(jié)合井下制動(dòng)的要求，并且綜合考慮井下巷道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、坡度起伏大、工作條件惡劣等情況，對(duì)現(xiàn)有的液壓制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)、氣源制動(dòng)的方案進(jìn)行了綜合對(duì)比分析。鑒于井下軌道牽引車(chē)輛使用條件惡劣、工作損耗大，并考慮井下維護(hù)等因素，我們最終選擇結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械制動(dòng)方案，在該制動(dòng)系統(tǒng)中，采用不規(guī)則的凸輪結(jié)構(gòu)，再輔以連桿機(jī)構(gòu)，組成了新的凸輪連桿制動(dòng)臂，利用鼓式制動(dòng)裝置對(duì)軌道牽引車(chē)輛進(jìn)行制動(dòng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 制動(dòng)結(jié)構(gòu)原理圖

在軌道牽引車(chē)輛運(yùn)行的過(guò)程中，當(dāng)駕駛員發(fā)出制動(dòng)指令后，車(chē)輛的動(dòng)力裝置脫開(kāi)，車(chē)輛的制動(dòng)力的輸入軸與動(dòng)力系統(tǒng)的輸出軸脫開(kāi)，根據(jù)駕駛員所發(fā)出的制動(dòng)命令的不同等級(jí)選擇合適的減速比，使動(dòng)力系統(tǒng)的輸入軸得到預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速，此時(shí)凸輪結(jié)構(gòu)和制動(dòng)軸一起運(yùn)動(dòng)[2]，使從動(dòng)件1開(kāi)始在導(dǎo)槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從槽內(nèi)的A點(diǎn)位置轉(zhuǎn)移到槽內(nèi)的B點(diǎn)位置，同步帶動(dòng)連桿4傳遞給制動(dòng)連桿8，再由制動(dòng)連桿帶動(dòng)制動(dòng)凸輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而控制制動(dòng)器6進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)裝置的三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 制動(dòng)結(jié)構(gòu)三維模型

由制動(dòng)結(jié)構(gòu)的三維模型可以看出，該制動(dòng)結(jié)構(gòu)采用了螺旋式的凸輪結(jié)構(gòu)，在對(duì)凸輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)改變凸輪的輪廓參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從動(dòng)件1運(yùn)動(dòng)規(guī)律的有效控制[3]，確保其在運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性和有效性，可有效降低機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)載荷，增加制動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命。

制動(dòng)器采用的是蹄形制動(dòng)結(jié)構(gòu)，對(duì)其中的制動(dòng)凸輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使其能同時(shí)滿足制動(dòng)時(shí)反應(yīng)靈敏和輸出足夠大的制動(dòng)力矩的要求，確保軌道牽引車(chē)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行有效的制動(dòng)，縮小制動(dòng)后的行進(jìn)距離，提高軌道牽引車(chē)輛井下運(yùn)行的可靠性和安全性。

2 新型制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真分析

ADAMS仿真軟件主要由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱五類(lèi)模塊組成，用戶(hù)不僅可以采用通用模塊對(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專(zhuān)用模塊針對(duì)特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問(wèn)題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析[4]。

我們將有三維軟件建立起的制動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維模型導(dǎo)入到ADAMS仿真分析軟件中去，根據(jù)井下軌道牽引車(chē)的實(shí)際情況設(shè)置響應(yīng)約束，然后對(duì)其進(jìn)行仿真分析，其動(dòng)態(tài)仿真圖像如圖3所示。

圖3 制動(dòng)結(jié)構(gòu)仿真分析動(dòng)態(tài)圖

在分析時(shí)我們主要針對(duì)軌道牽引車(chē)在滿載情況下的制動(dòng)情況進(jìn)行分析，其仿真結(jié)果如圖4—圖8所示。

圖4 滿載情況下凸輪結(jié)構(gòu)受力情況

圖5 滿載情況下領(lǐng)蹄的制動(dòng)力矩

圖6 滿載情況下從蹄的制動(dòng)力矩

圖7 滿載情況下鼓式制動(dòng)器的角速度變化

圖8 滿載情況下制動(dòng)總位移的變化

由圖4可知，在軌道牽引車(chē)制動(dòng)時(shí)，凸輪結(jié)構(gòu)3的受力并不會(huì)隨著軌道車(chē)載重情況的變化而變化，受力基本維持在1.2 kN。

由圖5、圖6可知，在軌道牽引車(chē)滿載的情況下，其制動(dòng)時(shí)間約為4.9 s，其制動(dòng)力矩也相應(yīng)的增加。

由圖7可以看出，在軌道牽引車(chē)滿載制動(dòng)時(shí)，鼓式制動(dòng)器在制動(dòng)過(guò)程中呈等減速運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)時(shí)間約4.9 s。

由圖8可以看出，在軌道牽引車(chē)滿載制動(dòng)時(shí)，隨著載質(zhì)量的增加其制動(dòng)位移增加為9.5 m。

3 結(jié)論

根據(jù)仿真結(jié)果分析，在規(guī)定的運(yùn)行速度下，軌道牽引車(chē)輛在滿載情況下的制動(dòng)距離和時(shí)間均滿足煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，充分證明了該制動(dòng)方案可靠。該方案很好地克服了現(xiàn)有軌道牽引車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)性能差，制動(dòng)時(shí)操作提前量大的缺點(diǎn)，極大地提高了井下軌道牽引車(chē)輛井下運(yùn)行的安全性。

[1]陳萬(wàn)秀.煤礦井下防爆運(yùn)輸車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2007.

[2]鄭建榮.ADAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)入門(mén)與提高[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[3]楊國(guó)俊，李偉平.接觸分析在鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2009（3）：69-71.

[4]茍志波.紙巾機(jī)凸輪連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2010.